酵母细胞壁的结构组成、生物学功能及在养殖业中的应用

邵 强，黄友解，韩 月，邹 梅，王友明

(1.浙江大学动物科学学院，浙江杭州 310058； 2.苍南县农业局)



酵母细胞壁的结构组成、生物学功能及在养殖业中的应用

邵 强1，黄友解2，韩 月1，邹 梅1，王友明1

(1.浙江大学动物科学学院，浙江杭州 310058； 2.苍南县农业局)

酵母细胞壁是一种绿色添加剂，富含β-葡聚糖和甘露聚糖(MOS)等多种生物活性物质，具有增强免疫、防治疾病、促进生长、缓解应激、吸附霉菌毒素、补充营养等多种生理功能，且其来源广泛，生产成本低廉，现已应用到猪、禽、反刍家畜、水产等动物养殖。

近年来，随着养殖业向集约化、规模化、高密度转型，饲养畜禽容易遭受多种应激影响，主要表现为免疫力降低、易发病、死亡率高，畜产品质量受影响，可明显降低养殖效益。通过饲料添加剂手段解决以上问题，成为一种常规途径。研究表明，酵母细胞壁是一种新型的绿色饲料添加剂，其主要成分对多种动物具有促进生长、增强免疫、防治疾病、缓解应激、吸附霉菌毒素、补充营养等多种生理功能，已在猪、鸡、牛、羊、水产动物中得到广泛应用，且取得了良好效果。

本文主要从酵母细胞壁的结构组成，产品生产工艺，主要生理功能及作用机理，畜禽生产中的应用等方面进行综述，为饲料酵母产品的深入开发利用提供参考。

1 酵母细胞壁的结构组成

酵母细胞壁约占整个细胞干重的20%～30%，具有维持细胞形态和细胞间识别的重要作用。按结构划分，酵母细胞壁可分为3层，内层为葡聚糖层，中间层主要由蛋白质组成，外层为甘露聚糖层，层与层之间可部分镶嵌(详见图1)；按化学组成划分，甘露聚糖约占酵母细胞壁干重的30%，β-葡聚糖约占30%,糖蛋白和几丁质约占20%，蛋白质、类脂、无机盐等其他成分约占20%[1]。

最内层的β-葡聚糖属结构多糖，与原生质体膜相连接，构成了酵母细胞壁的主要成分，功能是支撑外部甘露聚糖。β-葡聚糖由β-1,3-葡聚糖和β-1,6-葡聚糖组成，两者比例为85∶15。β-葡聚糖以β-1,3-葡聚糖为骨架，β-1,6-葡聚糖为支链，β-1,6-葡聚糖的还原端连接到β-1,3-葡聚糖非还原端的末端葡萄糖上，并在氢键作用下共同构成一个三维的网络结构。其网状结构具有较强弹性，在正常渗透压下可大量延伸。而当细胞处于高渗透压情况下时，三维网状结构可迅速收缩，只占原来体积的40%左右，当渗透压恢复正常后，三维网状结构则可恢复原状[2]。

甘露聚糖具有细胞识别和控制细胞壁孔径等多种生理功能。甘露聚糖以共价键与蛋白质连在一起，主链为单链，通过α-1，6-糖苷键将多个α-甘露糖连接形成，甘露糖侧链则以α-1，2和α-1,3键与主链连接，部分侧链则结合有决定酵母细胞抗原相关的功能基团。β-1,6-葡聚糖和甘露聚糖的连接在酵母细胞壁的合成中具有重要作用[3]。

图1 酵母细胞壁组成和结构

2 酵母细胞壁产品的生产工艺

酵母细胞壁产品是酵母细胞经自溶、外源酶水解、机械破碎等处理后，通过离心分离获得细胞壁，最后经浓缩、干燥等工艺获得的产品，成品为淡黄色至黄褐色粉末、无异味。

2.1 一般生产工艺 酵母泥→加水稀释(洗涤，减少筛分阻力)→过滤除杂→沉降分离(倾出上清液)→脱苦脱臭(加水、加盐，获得较高纯度的酵母液)→酵母自溶(控制条件：温度、时间、pH值等)→破壁酵母酶解(控制pH值、温度、时间、加酶量)→灭菌灭酶(控制温度、时间)→离心分离(分离酵母细胞壁、酵母提取物)→ 浓缩→干燥→酵母细胞壁成品。

2.2 影响产品质量的控制因素 一是自溶过程。自溶温度、pH、反应时间、助溶剂组成、添加量等。二是酶解过程。酶制剂选择、酶解参数(pH值、温度、时间、加酶量)等。三是喷雾干燥。干燥时间、温度等均会影响成品含水量及颜色。

段胜林等(2012)[4]研究发现，适宜自溶条件为：自溶温度50～60℃，pH 5.0～6.0，剪切微化处理约9 h以上，选用0.8%浓度NaCl和200 mg/L VB2作为酵母自溶促进剂，料液比1∶8～10，在此条件下提取率可达70%左右。

经综合分析，酵母细胞壁产品的适宜提取条件:温度60℃，料液比1∶10 ，蛋白酶添加量0.02%～0.03%，NaOH浓度2%。

3 酵母细胞壁产品的主要生物学功能及作用机理

研究表明，酵母细胞壁能激发动物机体的免疫功能和抗病力，参与和促炎细胞因子TNF-α释放，参与其他细胞因子如IL-1、IL-2和IL-6释放。其功能主要依赖于特有的β-葡聚糖和甘露聚糖的功能作用。

3.1 β-葡聚糖 酵母细胞壁的β-葡聚糖具有免疫调节功能，这与其独特的三股螺旋结构有关，螺旋外侧有部分亲水基团，是非特异性免疫刺激多糖，能与机体的免疫细胞受体特异性结合，刺激B细胞、T细胞、自然杀伤细胞产生大量巨噬细胞，进而调控机体免疫。β-葡聚糖通过巨噬细胞发挥生理功能：一是强化吞噬功能；二是通过巨噬细胞的抗原呈递作用，促进特异性免疫应答；三是活化的巨噬细胞可分泌多种生物活性物质，如TNF-α、IL-1、NO、活性氧等。其中IL-1和NO是重要的免疫调节因子，具有抗病毒、抗细菌、抗肿瘤等活性，TNF-α具有提高血管上皮细胞通透性、促进免疫效应分子聚集、刺激其他炎性细胞因子释放等作用。徐军发等(2002)[5]研究指出，酵母多糖是一种免疫调节剂，可诱导小鼠腹腔巨噬细胞产生IL-1和NO。Suzuki等(2001)[6]研究表明，β-1,3-葡聚糖和β-1,6-葡聚糖可通过激活巨噬细胞，刺激T细胞向辅助性Thl细胞亚群分化，进而提高宿主抗肿瘤和抗病原微生物的功能。孔维华等(2001)[7]研究指出，β-葡聚糖是一种重要的消化道黏膜免疫增强剂。众所周知，巨噬细胞是重要的组织修复指导细胞，嗜中性粒细胞是重要的抗感染细胞，而这两大类细胞包面均含有β-1,3-葡聚糖受体，是β-葡聚糖的效应细胞。β-葡聚糖通过活化胃肠道组织中的巨噬细胞(组织修复)和嗜中性粒细胞(抗感染)，活化“免疫一神经一内分泌”调节网络，增强细胞抗应激、抗感染能力，增强巨噬细胞的组织修复作用，加速溃疡修复。Miss S等(2003)[8]研究指出，β-1,3-葡聚糖还可作为免疫佐剂，刺激抗体产生。研究结果表明β-葡聚糖(酵母细胞壁提取)对断奶仔猪具有明显的免疫功能，可显著提高仔猪体内蓝耳病抗体滴度。Figueras A等(1998)[9]研究，应用酵母β-葡聚糖作为疫苗免疫佐剂的使用效果，试验表明葡聚糖作为免疫佐剂使用时，疫苗与佐剂使用的先后顺序不同会对免疫效果产生影响；以接种疫苗后再注射葡聚糖，效果较好。

β-葡聚糖的抗氧化功能表明，酵母β-葡聚糖可以抑制由OH引起的磷脂酰胆碱脂质体过氧化反应，显著降低共轭二烯键生成。羧甲基化的β-1,3-葡聚糖还具有清除自由基的功能，具有明显的抗氧化活性。据对患关节炎的小鼠注射羧甲基葡聚糖后，其血浆中羧基含量测定，说明小鼠组织氧化程度缓解，这为羧甲基葡聚糖应用于关节炎疾病的治疗提供了新思路。

β-葡聚糖的其他生物学功能。有综述显示，在动物消化道中β-1,3-葡聚糖具有不吸收、不可溶、不产生粘性，能清理肠道、清除游离基、溶解胆固醇、预防高脂血症等功能，还可抵抗滤过性细菌、真菌、病毒等引起的感染。

此外，β-1,3-葡聚糖是一种低热量的食品添加剂，能明显降低血液中葡萄糖含量，控制肥胖，预防糖尿病和心血管疾病。

3.2 甘露聚糖 酵母细胞壁产品中的甘露聚糖，现已确认的两个功能是吸附病原菌和调节免疫。

肠道病原菌感染的关键是能成功粘附到肠粘膜，粘附的机理是病原菌的鞭毛或绒毛上的外源凝集素能特异性识别宿主上皮细胞膜的受体并与之结合。甘露聚糖主要通过以下两方面发挥抗菌功能：一是干扰肠道病原体的定植。原理是病原菌在肠壁上的特异受体与甘露聚糖的结构特别相似，肠道内如有丰富的甘露糖源，就可与病原菌的特异受体结合，阻止病原菌附着于肠壁上，从而有效抑制感染。病原菌与甘露聚糖结合后，也不能利用甘露聚糖作为其生长的能量来源，所以甘露聚糖具有防止病原菌定植和繁殖的双重作用，故又称其为“病原菌吸附剂”或“病原菌清除剂”。二是甘露聚糖可作为肠道内有益菌(如双歧杆菌、乳酸杆菌等)的营养物质，可促进有益菌大量繁殖，进一步抑制有害菌生长。据Alitech(1994)[10]报道，甘露聚糖可被双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌选择性发酵利用，促进其生长繁殖，产生乙酸和乳酸，导致肠道pH降低，进一步抑制产气荚膜梭菌等有害菌的生长繁殖，从而起到抑菌作用。

阎桂玲等(2008)[11]研究表明，啤酒酵母甘露聚糖可促进有益菌生长, 提高肠道内挥发性脂肪酸含量。

甘露聚糖的免疫调节功能，主要体现在可增强细胞因子释放和干扰素活性，促进或协调不同免疫细胞的活动，增强白细胞等向感染部位迁移，活化巨噬细胞。Che TM等(2012)[12]研究发现，在猪繁殖与呼吸综合征病毒感染的断奶仔猪日粮中添加甘露聚糖，能显著降低仔猪血清中的TNF-α含量，增加 IL-10含量和淋巴细胞数量，从而保障猪体健康；Eicher SO等(2006)[13]研究表明，甘露聚糖能通过缓解断奶仔猪细菌感染，调节先天性免疫，促进仔猪生长。

甘露聚糖还能激活免疫应答，与疫苗一起使用时，能与某些病毒、毒素、真核细胞结合，结合后的甘露聚糖作为外源性抗原助剂，能缓解抗原吸收，提高抗原效价，所以甘露聚糖作为助剂可以提高机体的细胞体液免疫。

另外，甘露聚糖还可通过氢键和范德华力等分子间作用力稳固吸附多种霉菌毒素，形成多糖-毒素复合物，阻止毒素被肠道吸收，其特殊的空间结构也为毒素的结合提供了更多位点。Swamy H等(1998)[14]研究表明，甘露聚糖能缓解黄曲霉毒素对肉鸡日增重和采食量产生的的不利影响，降低器官肿胀危害。

3.3 酵母细胞壁的能量效应 葡聚糖、甘露聚糖在大肠中可被双歧杆菌等肠内细菌发酵利用，产生短链脂肪酸。短链脂肪酸一部分被大肠黏膜上皮细胞利用转化成能量，另一部分被转移到肝脏利用。上述机能也可增加有机酸含量，减少腐败物质产生，降低氨和硫化氢的排放。

4 酵母细胞壁产品在畜禽生产中的应用

4.1 养猪生产中的应用 金淑英等(2001)[15]以28 日龄杜长大断奶仔猪为试验对象，试验组在饲料中添加1%酵母多糖，试验期28 d，与对照组相比，试验组日增重提高6.06%，腹泻率降低50%，效果优于抗生素的使用。高婕等(2014)[16]选用21 日龄杜长大断奶仔猪，在日粮中添加不同数量的酵母细胞壁水解物，发现其可以改善断奶仔猪的生产性能，降低料重比和腹泻率，并以0.2%添加量效果为最佳。此外，还有研究者发现，酵母细胞壁能提高仔猪的非特异性免疫功能，降低谷草转氨酶和谷丙转氨酶的水平,提高碱性磷酸酶活性；可明显提高生长猪的采食量，日增重和白蛋白、血红蛋白、血小板等水平，降低料重比。

4.2 养禽生产中的应用 Zhang AW等(2005)[17]在肉鸡日粮中添加啤酒酵母细胞壁，发现可明显改善回肠绒毛发育，提高肌肉嫩度，降低0-3周龄鸡的料重比，提高0-5周龄鸡的日增重。刘影等(2008)[18]试验表明，酵母细胞壁有增加肉鸡肠道sIgA 的趋势，可提高肠道黏膜免疫反应；还能促进免疫器官发育，提高肉鸡胸腺、法氏囊、脾脏的相对重量。此外，还有研究者发现，酵母细胞壁能提高肉鸡血清球蛋白及新城疫抗体水平。在肉仔鸡日粮中添加酵母细胞壁，能显著提高日增重，提高饲料转化效率，提高脾脏相对重量，促进盲肠内乳酸杆菌增殖。

4.3 反刍动物中的应用 杉浦创等(2003)[19]在反刍动物日粮中添加酵母细胞壁可增强动物抗病力，防止犊牛、羔羊腹泻，提高日增重，降低料重比。发现口服干酵母细胞壁能促进新生犊牛未成熟T、B淋巴细胞转化率，提高IgG含量，提高犊牛免疫力。还有研究者发现在早期断奶犊牛饲料中添加75 mg/kg β-葡聚糖，可降低料重比，控制犊牛腹泻，改善机体蛋白质代谢，显著降低血清白蛋白和血清甘油三酯浓度。

5 小结与展望

酵母细胞壁应用于养殖业，其酵母原料来源广泛，产量高，生产成本低廉，具有多种生理功能，所以酵母细胞壁作为饲料添加剂具有广阔的市场前景。从研究和应用角度看，酵母细胞壁功能比较明确，是一种绿色添加剂，对减少或替代抗生素使用，提升畜产品品质具有很大帮助。

根据目前的研究与应用现状，笔者认为以下几方面尚需加强研究与应用探索：一是酵母细胞壁功能研究主要集中于β-葡聚糖和甘露聚糖两种成分，其他成分是否发挥着重要生理功能仍需作进一步研究；二是酵母细胞壁产品生产过程中受破壁、自溶、酶解等多方面因素影响，不同工艺和条件对产品的纯度与活性可能产生不同影响，因此工艺简单、高产量的生产提取工艺有待进一步完善；三是不同品种、生长阶段、生理状态下的动物，适宜添加量，适宜的使用方法(饲喂、佐剂、注射、浸浴等)，应该经过充分试验确定。四是探索酵母细胞壁与其他营养素的关系，进而筛选出与其功能协同的添加剂，需要开展进一步研究。

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2016-10-25

宁波市科技富民重点项目(2015C10034)；南湖区科技计划重点项目(SA2014I01044)

邵强(1991-)，男，山东平邑，硕士研究生，E-mail:343614346@qq.com，研究方向动物营养与生物饲料添加剂

S816.7

A

1005-7307(2017)01-0013-004